关键技术六:LTE-A LAA 及 LWA 联合互操作 | 带你读《5G UDN(超密集网络)技术详解》之十五-阿里云开发者社区

开发者社区> 人邮信通> 正文

关键技术六:LTE-A LAA 及 LWA 联合互操作 | 带你读《5G UDN(超密集网络)技术详解》之十五

简介: 本章节进一步详细解释 LTE 小小区相关的关键技术之六:LTE-A LAA 及 LWA 联合互操作 ,并且关联着说明它们对后续 5G NR 小小区的基线性影响和适用情况。

第 2 章 LTE 微蜂窝和小小区技术

2.3.6 LTE-A DC 双连接

2.3.7 LTE-A LAA 及 LWA 联合互操作

LTE Rel-8/9 和 LTE-A Rel-10/11/12 这些早中期版本,都聚焦在 LTE 系统自身技术的演进。但随着 3GPP 技术市场阵营和 IEEE 技术市场阵营各自 势力的此消彼长(注:IEEE 阵营曾寄予厚望的 WiMAX 系统逐渐被蜂窝移动市 场所淘汰),在 LTE-A Rel-13,3GPP 利益集团开始动手抢占原本属于 IEEE 利益集团的市场和应用优势地盘,如利用非授权载波通信、局域网 WLAN 热点 部署等。为了减小风险,顺应蜂窝发展的趋势潮流,IEEE 利益集团的厂家也开 始积极地向 3GPP 靠近和主动融合,以重谋未来的生存发展空间。
随着 LTE-A 系统在载波聚合技术方面的持续发展,3GPP 协议层面,截 止到 Rel-13,可以支持最多 32 个最大 20Mbit/s 工作带宽的分量载波之间的 聚合,即最大聚合带宽为 640Mbit/s,这些分量载波可以属于同频段内或异频 段内,也可能是不连续配置的。在 CA 操作下,所有分量载波之间需要保持良 好的上下行时间同步关系,因此通常都配置在同一个 eNB 基站内,由同一个 MAC 实体进行统一的调度管理。由于异构微蜂窝部署的需要,各个分量载波的 无线覆盖和小区形状也可以不同,但通常辅服务小区的无线覆盖都要比主服务 小区要小。
尽管 Rel-13 eCA 已为运营商提供了非常灵活的载波联合配置的手段,但 由于传统运营商的授权载波资源非常受限(运营商需要花费大量金钱,去竞标 购买授权专有频谱资源,特别是优质的低频段载波资源),因此授权分量载波 之间的聚合通常个数很有限,且总聚合的工作带宽很有限,高端运营商们还是 不能达到它们所期望的 UE 峰值速率和系统容量拓展。因此从 Rel-13 开始, LTE-A 系统逐步能支持以授权载波上配置的 Pcell 为锚点,控制辅助非授权载 波 U-Scell 聚合的技术,即 LTE-A LAA 技术,这可极大地扩展 CA 操作的工 作带宽(注:5G NR 系统必然也需要支持对应的 NR LAA 技术,且总聚合工 作带宽会更大)。
LTE-A LAA 技术先经历了 SID 评估研究阶段,主要分析与当前非授权载 波上其他 RAT 系统间的公平性资源竞争和共存问题,是否会导致其他 RAT 系统节点,如 WLAN AP 的服务性能受损。具体场景如:在 5GHz 非授权频段内 的某非授权载波上,过去可能只有 WLAN AP 在独自地部署使用,当 LAA 能 力的 eNB 被部署引入后,必定需要和同载波上的 AP 节点进行无线资源的抢夺 竞争,这可能危害 AP 节点的数据传输性能,因此 WLAN 厂商阵营和 LAA 厂 商阵营,彼此之间针对产品商业利益的竞争一直非常激烈。从某种意义上讲, WLAN 类产品的市场地位受到极大冲击,因为基于 TTI 级精细调度的 LAA 系 统的无线谱效和数据传输性能,要比技术上更简约的 WLAN 系统更好一些;其 次,如果“后来者”LAA 基站节点以某种贪婪恶意的方式,更加“积极地、高 概率地”抢占到非授权载波资源,从而相邻的 WLAN AP 节点将很难再抢占到 非授权载波资源,那么它们很难再正常工作。
3GPP 技术阵营和 IEEE 技术阵营经过长期拉锯式的竞争妥协,大家逐渐 达成的公平性竞争原则共识为:假设把任何某个 WLAN AP 替换成拥有 LAA 能力 eNB 节点或 UE 之后,它周边原本其他正常工作的 WLAN AP 节点对无 线载波资源的获取概率,和无线链路数据传输性能不能变得更差,不能受到任 何恶意的影响;即,LAA 能力节点要严格地遵守 3GPP 规范的空闲信道评估 (CCA,Clear Channel Assessment)资源竞争机制,不得非法恶性地去抢占 非授权载波资源,使得其他相邻 AP 节点性能受影响,甚至无法正常工作。尽 管如此,由于下行 CCA 操作是 eNB 基站内部实现的行为,因此现实中无法排 除上述公平性竞争原则被破坏。
LTE-A Rel-13 LAA WID 先进行了 LAA 下行数据传输操作的标准化, 只有 LAA 能力的 eNB 能执行 CCA 操作,抢占和利用非授权载波资源的一段 时隙,进行下行数据的分流传输。Rel-14 进一步进行了 LAA 上行数据传输操 作的标准化,UE 也需要执行上行的 CCA 操作,并且在 eNB 的传统方式调度下, 去抢占和利用非授权载波资源的一段时隙,进行上行数据的分流传输。Rel-15 又进一步对 LAA 进行了物理层方面的增强,以希望进一步提升对非授权载波 资源的利用率。沿用 CA 操作架构的 LAA 下非授权载波类型,是不同于传统 FDD 和 TDD 类型的载波,因为它没有绝对的上下行子帧配置,在任何时间段 内的完整或部分子帧符号,都可能用于下行或者上行的数据调度传输。
根据“重用性原则”,LTE-A LAA 技术沿用了 CA 的网络部署方式和空口 控制面和用户面架构,非授权载波上配置的 LAA 辅服务小区,总是和授权载 波上部署配置的主服务小区共 eNB 基站(具备 LAA 能力的),或者通过有理想 回程性能的 X2 接口相连。LAA 部署和上下行空口用户面架构如图 2-15 所示, 特定的分量载波 CC 可以配置在非授权载波上,它对应着独立的 U-HARQ 实体, 其具体参数配置可和授权分量载波对应的 HARQ 实体不同。
LAA 技术能使运营商免费地聚合使用更加广阔充裕的非授权频段内的载波 资源,但必须严格遵守 LBT(Listen before Talk)下 CCA 的公平竞争获取使 用原则,即不能破坏其他同频工作的无线 RAT 系统,如 WLAN、微波系统、 雷达对相同的非授权载波的正常使用。LAA 是一种相对低成本扩充异构微蜂窝 网络容量的手段,它不需要在空间域增加新的基站站址和节点,只需在原 eNB 基站平台之上,增添和非授权载波配套的硬软件,配置更多的基于非授权载波 的辅服务小区。能聚合的非授权载波资源越多,获得的潜在系统容量增益就越 大,同时 LAA 也可增强 UE 的峰值速率和平均数据吞吐率。比如,如果在某个 特定物理区域内,某特定非授权载波上的竞争节点很少,有 LAA 能力的 eNB 在该非授权载波上配置的辅服务小区,可提供和授权载波 Scell 近乎相似的 CA 操作增益;但反之,若某非授权载波上的竞争节点很多,在该非授权载波上配 置的辅服务小区,由于彼此竞争将会显得很拥塞,相应的无线资源难以被抢占 捕获到,从而无法提供和授权载波 Scell 相似的 CA 操作增益。
image.png
image.png
LAA 可以和 LTE-A DC 结合在一起联合使用,但 MeNB 上主服务小区和 SeNB 上主辅服务小区都必须是部署配置在授权载波上的,因为只有授权载波, 才能提供有质量保证的物理控制信道 PDCCH 和反馈传输。LAA 技术虽然能低 成本扩容,但并不适合所有的蜂窝移动业务。对于一些 QoS 方面(如传输时延、 GBR、健壮性)有特殊要求的蜂窝业务,拥有 LAA 能力的 eNB,需要更加合 理地利用非授权载波资源,以避免业务数据流 QoS 下降,但对于像网页浏览、 文件下载、云盘备份等尽力服务(Best Effort)类业务,利用非授权载波资源 去传输这类业务的数据很适合。
同样由于运营商授权载波资源有限的缘故,或者出于节省网络 CAPEX/ OPEX 的需要,除了上述 LAA 扩容技术之外,运营商还希望把网络内某些数据 业务更合理地分流卸载到广泛部署且成本相对低廉的 WLAN AP 节点上。在过 去和今日,已大规模部署应用的企业级或家庭级的 WLAN 无线宽带热点,已显 示出其强大的市场需求和技术生命力,这正是 IEEE 产业阵营能够继续生存发展的重要市场支撑力量,因此即使在后 4G 或 5G 时代,WLAN 系统并不会像 WiMAX 系统那样被蜂窝市场所轻易淘汰,基于下一代技术的 WLAN AP 节点 仍然是 5G 系统中的重要组成部分,也是构成 5G UDN 的关键节点。
由于 WLAN AP 节点的 PHY/MAC 有自己的 RAT 特性和独特的工作机制, 完全不同于 3GPP 系统基于子帧时序调度的,因此它们无法和 LTE 授权载波之 间,通过 LAA 的方式进行类似的载波聚合(不适合异系统之间),但却可以通 过 LTE-A DC 的方式,进行跨 RAT 制式的无线资源聚合。这种市场需求催生 了 LTE-A Rel-13 的 LTE/WLAN 异系统紧耦合聚合(LWA,LTE WLAN Aggregation)技术,它是以授权载波上部署的 MeNB 为锚点控制的 WLAN AP 节点聚合技术,采取了类似 LTE-A Rel-12 DC 的双连接架构。
基于 LTE-A DC 架构和工作原理,LWA 技术能使运营商低成本地聚合 使用 WLAN AP 资源,将相当一部分数据流量,在 MeNB 基站的强控制之 下,更合理地分流卸载到 WLAN AP 侧,于是可以避免过去某些情况下,出现 的 UE 选网不合理、WLAN 数据分流不合理、用户业务体验下降等种种弊端。 WLAN AP 节点自然地遵守着“先听后说”(LBT,Listen before Talk)的 公平竞争获取使用原则,因此不需要像 LAA 系统那样,专门再去设计 CCA, WLAN AP 侧也完全独立地调度传输从 MeNB 侧分流来去的 PDCP PDU 数 据包。LWA 也是一种相对低成本扩充异构微蜂窝网络容量的手段,能聚合的 WLAN AP 节点越多,所获得的系统容量增益也就越大,同时 LWA 也可以增 强 UE 的峰值速率和平均数据吞吐率。
对于单个 UE,和 LAA 能同时聚合多个非授权载波上配置的辅服务小区不 同,当前 LTE-A LWA 只能最大同时聚合单个 AP 节点,为了屏蔽掉 WLAN 域内具体的部署和不同 AP 能力配置间的差异,3GPP 用 WLAN 系统侧终结 节点(WT,WLAN Termination)来抽象表示被聚合的 WLAN 侧节点单元, WT 内部可以有多个 AP,但某时某刻单个 UE 只能和其中某一个 AP 相连接, 进行数据分流传输。如果同时使用该 AP 的竞争者很少,UE 就能获得较大的 LWA 操作增益;但反之,如果该 AP 上关联接入的 UE 竞争者很多,将会出现 资源拥塞,从而无法提供充分的 LWA 操作增益。对于一些 QoS 方面(如传输 时延、GBR)有特殊要求的蜂窝业务,MeNB 需要更合理地利用 WLAN AP 侧 无线资源,以避免业务数据流 QoS 下降,但对于如网页浏览、文件下载、云盘 备份等尽力服务(Best Effort)类业务,利用 WLAN AP 侧资源去传输这类数 据也很适合。
LTE-A LWA 沿用了 LTE-A DC 网络部署方式和空口用户面架构,具 备 LWA 功能的 WT 子系统,既可以和授权载波上部署的主控锚点 MeNB 同基站内集成实现,也可以通过标准化的 Xw 逻辑接口直连,进行 LWA,通过 这种途径,WT/AP 厂商便有机会切入到 3GPP 蜂窝移动市场,和 3GPP 传统 厂商进行设备的互操作对接,这能为未来商业层面的进一步拓展做准备。如图 2-16 左边所示,WT 节点被集成在 eNB 之内(这是 3GPP 系统传统厂商更喜 欢的方式);如图 2-16 右边所示,WT 和 eNB 之间通过 Xw 逻辑接口直连(这 是 IEEE 厂商更喜欢的方式)。Rel-13 LWA 操作只能支持对 AM 模式 DRB 进行下行数据分流,eNB 和 UE 可支持两种新 DRB 类型:Split LWA 承载和 Switched LWA 承载,Split LWA 承载类似于 DC 下的 MCG Split 承载,而 Switched LWA 承载对应着 2C 用户面分流架构。图 2-17 描述了 LWA 同站和 异站部署下的空口下行用户面架构。
image.png
其实在 Rel-13 LWA WID 立项之前,Rel-12 先进行了 LTE-A 系统和 WLAN 系统之间以“松耦合方式”进行互操作相关的标准化工作。LWI 的特 征是 LTE 基站可通过空口控制面参数,去间接地控制和影响 UE 对 WLAN AP 目标节点选网的数据分流操作,比如,eNB 可以配置门限参数,决定 UE 在何种无线条件下,才开启数据分流 / 回流的操作,这样可避免 UE 盲目和不 合理地进行 WLAN 选网和分流操作。由于 WLAN 厂商阵营并不希望 UE 内 的 WLAN 操作行为,受到 eNB 的直接或间接控制,因此 WLAN 厂商阵营和 LTE 厂商阵营彼此之间矛盾凸现,一直延续到后来的 LWA 立项。
image.png
在全会达成妥协之后,LTE-A Rel-13 直接进行了 LWA 下行数据分流操作的 WID 标准化,eNB 能够利用 WT 侧资源进行下行数据分流传输,同时 引入了 UE 对 WLAN 侧节点的 RRM 测量和上报模型,以辅助对 WT 的管控。 Rel-14 又进一步进行了 eLWA 上行数据分流操作的标准化,UE 也能够利用 WT 侧的资源进行上行数据分流传输。此外由于 LWA 方案不是基于安全隧道 IPSec 方式的,且需要 WT 中的 AC/AP 节点进行软件升级,异站部署下还要 支持新的 Xw 逻辑接口,因此 LWA 操作不能支持现网中的遗留 AP。为了满足 部分运营商也希望聚合利用众多遗留 AP 的诉求,Rel-14 也同时进行了 LWIP 和 eLWIP 的立项标准化工作。目前基于 5G NR 相关的 LWA 新立项和标准化 工作被低优先级,但未来可能会被引入和标准化。
第十六节:Pre5G概念简介

版权声明:本文内容由阿里云实名注册用户自发贡献,版权归原作者所有,阿里云开发者社区不拥有其著作权,亦不承担相应法律责任。具体规则请查看《阿里云开发者社区用户服务协议》和《阿里云开发者社区知识产权保护指引》。如果您发现本社区中有涉嫌抄袭的内容,填写侵权投诉表单进行举报,一经查实,本社区将立刻删除涉嫌侵权内容。

分享:
+ 订阅

人邮信通

官方博客
官网链接